Popüler BilimHobi

Lümen ve Lüks (Lux) Nedir? Hesabı Nasıl Yapılır?

Lümen (lm) çok kaba bir tabirle, bir ışık kaynağının ne kadar ışık yaydığının bir ölçütüdür. Genellikle aydınlatma sistemlerinde (LED, ampul vb.) parlaklığın bir ölçütü olarak kullanılır. Bir ışık kaynağının lümen değeri ne kadar yüksekse kaynak o kadar parlaktır.

Bazı kaynaklar parlaklık için Watt (güç) değerini öne çıkarsa da bu doğru değildir. Aldığınız bir ışığın üzerinde yazan Watt değeri, ışığın kullandığı gücü ifade eder. Çekilen elektrik enerjisinin kayda değer bir kısmı ısıya dönüştüğü için, tamamı ışığa dönüşemez. Bu nedenle Watt değeri tam olarak parlaklığı ifade etmeyeceği için parlaklık için bir kıyaslama değildir. Duruma göre 50 Watt’lık bir ışık, 60 Watt’lık bir ışıktan fazla aydınlatabilir. Teknoloji geliştikçe etkinliği daha fazla olan, yani ısı yoluyla daha az enerji kaybederek daha çok enerjiyi ışığa dönüştürebilen ışık kaynakları geliştirilmiştir.

Watt değeri çekilen toplam gücü gösterir. Bunun bir kısmı ısıya dönüştüğünden, parlaklığın esas ölçütü lümen değeridir. Watt ise elektrik harcamanızı, yani faturaya yansıyacak miktarı gösterir.

Daha teknik bir ifadeyle lümen, SI birim sisteminde, bir ışık kaynağının ışık akısını ifade eder. Birim steradyan açıdan çıkan birim kandeladır (1 lm= cd x sr). Bir küre 4π steradyan olduğundan dolayı, 1 kandelalık her yönde ışıma yapan bir cisim 1 cd x 4π sr = 12.57 lümenlik ışıma yapar. Aynı zamanda lux (lüks) değeri ile de doğrudan ilişkilidir (1 lx = 1lm/m^2)

Lümen Birimi ve Lüks (Lux) Birimi

Lümen ve lüks birimini izah ederken tanımını yaptığımız kandela (cd) ve steradyan açı (sr) birimlerini kullanıyoruz, fakat birimin ne olduğunu anlamak için kuşkusuz bunların da ne olduğunu anlamak gerekir.

kandela lümen lüks lux
Görsel: Compuphase

Kandela, aslında candle (mum) sözcüğünden türemiştir. SI birim sisteminde, üç boyutlu açı boyunca saçılan ışık miktarını ifade eder. Işıma yeğinliği tanımı gereği bu açısal dağılımı içerdiğinden, mesafeye bağlı değildir. Yani yandaki iki boyuta indirgenmiş görselde A yüzeyi ile B yüzeyi aynı ışık miktarını elde eder. Lakin anlayacağınız üzere aynı ışık miktarı B yüzeyinde daha geniş bir alana yayıldığından, birim alana düşen ışık miktarı B’de azalır (lüks değeri düşer).

Steradyan ise bu üç boyuttaki açısal dağılımı ifade etmekte kullandığımız birimdir. Bir metre yarıçaplı bir kürede, bir metrekarelik yüzeyi gören açıdır. Bir kürenin yüzey alanı 4πr^2 olduğu için, kürenin tamamı 4π steradyandır.

Lümen değeri ise bu iki birimin çarpımıyla ortaya çıkar (1 lm = 1 cd x 1 sr). Kandela değeri, birim steradyan açıdaki ışık akısını verdiği için, bunu steradyanla tekrar çarpmak onu açıdan bağımsız hale getirir. Dolayısıyla lümen, başta da bahsettiğimiz gibi, toplam ışık akısını ifade eder. Bu nedenle, bu akı etrafa yayıldıktan sonra, belirli bir birim yüzeye düşen akı da lüks (lux) ile ifade edilir.

Birimler arasındaki karmaşık görünen bu ilişki aslında tamamen bundan ibarettir.

Aydınlatmada Lümen Değeri

Karışıklık olmaması adına bu yazının devamında ışık kaynaklarından bahsederken LED özelinde konuşacağız, fakat konuştuklarımız hepsi için geçerlidir.

Genellikle LED’ler için, kaç Watt değerinin kaç lümen olduğu sıkça sorulur. Lakin böyle bir ilişki kurmak mümkün değildir. Çünkü bahsettiğimiz üzere Watt değeri kullanılan güçtür ve bunun bir kısmı ısıya gider. Bu nedenle enerji sınıflarına göre bu ilişki değişeceğinden, bu tür bir kıyaslama yapmak mümkün değildir. Tam olarak bu nedenle 10 Watt (80 W değerine eş değer) gibi ifadeler görürsünüz. Bu durum, yapılan tasarrufu göstermek içindir.

10 W (50 W eş değer) gibi ifadeler, yapılan enerji tasarrufunu göstermek içindir.

2010 yılında Avrupa Birliği tarafından, ışık kaynaklarının değerinin Watt yerine, lümen biriminde gösterilmesi zorunluluğu ortaya konmuştur. Bu değişiklik sonucunda enerji dostu olduğunu söyleyen 60 Watt’lık tungsten lambaya eş değer bir ışık kaynağı minimum 700-750 lümen parlaklığında olmalıdır.

Bir kıyaslama olması açısından yaklaşık 1100 lümen ışık:

  • 75 W halojen olmayan
  • 53 W halojen
  • 18-20 W kompakt floresan
  • 10-16 W LED

tarafından sağlanır. Buradan da açıkça görülmekte ki, Watt değerleri çok farklı olan kaynakların ışık akıları aynı olabilmektedir. Hatta aynı LED’ler içerisinde, teknolojiye göre bile ciddi oranda değişimler görülmektedir.

Alacağınız ışık kaynağının aydınlatma miktarını anlamak için lümen, elektrik tüketimi için Watt değerine bakınız.

Odayı Aydınlatmak için Lümen Hesabı

Bir odayı aydınlatmanın kaba bir hesabını, lümen ve lux (lüks) değerini kullanarak yapabilirsiniz. Elbette bu basit bir ilk yaklaşımdır ve yansımalar, kaynaktan çıkan ışığın dağılımı, ışık kaynağının zamanla değişimi gibi değişkenleri hesaba katmaz.

Aydınlatma için lümen hesabı yapmak aslında oldukça basittir. Lümen değerinin ışık akısını, lüks değerinin ise metre kareye düşen lümen değeri olduğunu hatırlayın. Dolayısıyla 10 m^2 bir odada 1000 lümenlik bir ışık açacak olursanız 1000/10 = 100 lüks değerini elde edersiniz. Yani bir metrekareye 100 lümen ışık düşeceğini bulursunuz. Bu değer genelde bir odanın aydınlatması için yeterli bir miktardır.

25 m^2 bir alanınız olduğunu ve 150 lüks ile aydınlatmak istediğinizi düşünelim. Şimdi yapmamız gereken az önceki işlemin tam tersidir. Kullanmamız gereken ışık kaynağının lümen değerini bulmak için, lüks x m^2 değerini hesaplarız. Yani 25 x 150 = 3750 lümen olarak bulunur.

Önerilen İç Ortam Lüks (Lux) Değerleri

İç OrtamLüks Değeri
Karanlık çevresi olan alanlar20 – 50
Fazla görsel çalışma gerektirmeyen ortamlar100 – 150
Evler, depolar, arşivler…150
Basit ofis ve sınıf ortamı250
Bilgisayar işleri, baz ofis işleri, kütüphaneler, mağazalar, laboratuvarlar500
Süpermarketler, mekanik atölyeleri750
Normal çizim işleri, detaylı mekanik atölyeleri1000
Detaylı çizim işleri, çok detaylı mekanik işler1500 – 2000
Uzun süreli, düşük kontrast ve ince detaylarla çalışma gerektiren görevler2000 – 5000
Çok uzun süreli ve titizlik işleyen görsel işler5000 – 10000
Ekstrem derecede detay gerektiren özel işler10000 – 20000
Tablo: https://www.noao.edu/education/QLTkit/ACTIVITY_Documents/Safety/LightLevels_outdoor+indoor.pdf

Lüks (Lux) Değerini Ölçen Uygulamalar

Cep telefonlarımızda ışık sensörünü kullanarak lüks (lux) değerini ölçen bazı uygulamalar bulunuyor. Bunları kısa bir aramayla bulabilirsiniz. Bu uygulamayı kullandığınızda dikkatini çekecek olan ilk şey, ışık kaynağına yaklaştıkça lüks değerinin arttığı olacaktır.

Bu durum ilk başta şaşırtıcı görünebilir, fakat fiziksel tanıma dikkat ettiğimizde durum kolayca anlaşılmaktadır. Işık, belirli bir açıyla etrafa yayılır. Dolayısıyla ışık kaynağından uzaklaştıkça, ışığın düştüğü yüzey alanı giderek büyür. Fakat bu süreçte üretilen ışık akısı sabittir. O halde yüzey genişledikçe, birim yüzeye düşen ışık akısı azalır. Hatırlarsanız bu tam olarak lüks biriminin tanımıdır, birim alana düşen lümen.

Işık kaynağına yaklaştıkça, birim alana düşen ışık miktarı artacağı için lüks (lux) değeri de artar.

Bu ilişkiden faydalanarak lüks ölçen bir cihazla, belirli bir mesafeden, ışık kaynağından ışığın çıkış açısını hesaba katarak kaç lümen olduğunu bulmak mümkündür.

Lümen ve Kelvin (Sıcaklık Değeri)

Lümen birimi her ne kadar bahsetmemiş olsak da genellikle “görünür” ışık için değerleri ölçer. Sebebini anlamak zor değil çünkü bu aydınlatmayı bu amaçla kullanıyoruz. Lakin ışıkların bir de sıcaklık (kelvin) değerleri vardır. Her ne kadar lümeni tanımladığımız bir aralıkta ölçsek de bu ikisi farklı ifadelerdir. Kelvin değeri, kara cisim ışımasıyla alakalıdır ve ışığın rengini ifade eder.


Hazırlayan: Ögetay Kayalı

Referanslar
1. Compuphase, “Candela, Lumen, Lux: the equations”, <https://www.compuphase.com/electronics/candela_lumen.htm>
2. Britannica, “Candela”, <https://www.britannica.com/science/candela>

Kapak Görseli: <https://wistia.com/learn/production/lighting-on-the-fly>

Ögetay Kayalı

Rasyonalist kurucu, editör ve kıdemli yazar. NASA'nın APOD platformunda görevli olmak üzere, Michigan Tech. Üniversitesinde araştırma görevlisi olarak Astrofizik üzerine doktora yapmaktadır. Ege Üni. Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümünden birincilikle mezun olduktan sonra bir yıl kozmoloji üzerine yüksek lisans, ardından bir yıl da İzmir Uluslararası Biyotıp ve Genom Merkezinde Moleküler Biyoloji ve Genetik üzerine yüksek lisans yapmıştır.
Başa dön tuşu
Bilim dünyasındaki önemli gelişmelerden haberdar olmak için haftalık/aylık bültenimize abone olun.
Devam ederek gizlilik politikasını kabul etmiş olursunuz.